Las bacterias convierten los residuos de plástico en analgésicos

Una nueva e inusual forma de utilizar los residuos de plástico fue noticia a principios de este año.

Se diseñó genéticamente una bacteria simple para comer y digerir materia derivada del plástico. Para producir un analgésico diario.Paracetamol.

El microorganismo utilizado por Stephen Wallace, profesor de biotecnología química de la Universidad de Edimburgo, es Escherichia coli, también conocida como E. coli.

La bacteria con forma de bastón se encuentra en los intestinos de humanos y animales, y es posible que usted la conozca como un insecto desagradable. Nos enferma.

El profesor Wallace lo eligió automáticamente porque algunas cepas de la patógena E. coli se utilizan ampliamente en laboratorios de biotecnología y biología de ingeniería para probar si algo funciona.

E. coli es el principal “caballo de batalla” en este campo, dice el profesor Wallace, quien ha modificado genéticamente en el laboratorio para convertir los desechos plásticos en sabor a vainilla y los desechos fatberg de las alcantarillas en perfume.

“Si se quiere demostrar que algo es posible con la biología, la E. coli es el primer paso natural”, afirma.

El uso de microorganismos no se limita al laboratorio. Industrialmente, las cubas de E. coli genéticamente modificadas actúan como fábricas vivientes que producen una variedad de productos, desde medicamentos como la insulina, importante para el control de la diabetes, hasta diversas plataformas químicas utilizadas para fabricar combustibles y solventes.

Pero, ¿cómo es que E. coli llegó a ser tan importante para la biotecnología, por qué es tan útil y qué le deparará el futuro?

El predominio de E. coli surge de su papel como organismo modelo para comprender principios biológicos simples, dice Thomas Silhavi, profesor de biología molecular en la Universidad de Princeton que ha estado estudiando la bacteria durante unos 50 años. Documentó su historia..

Otros organismos modelo familiares incluyen ratones, moscas de la fruta y levadura de panadería. La levadura como E. coli también se ha convertido en una herramienta invaluable en biotecnología en el laboratorio y en la industria, pero tiene una estructura celular más compleja y diversas aplicaciones.

E. coli fue descubierta por primera vez en 1885 por un pediatra alemán, Theodor Escherich, que estudió los microbios intestinales infantiles. Rápidamente desarrollado y fácil de usar, los científicos comenzaron a usarlo para estudiar la biología bacteriana básica.

Luego, en la década de 1940, la “fortuidad” cobró gran importancia, dijo el profesor Silhavi.

Se utilizó una cepa de E. coli no patógena (K-12) para demostrar que las bacterias no se limitan a dividirse, sino que experimentan un “sexo bacteriano” compartiendo y recombinando genes para adquirir nuevas propiedades.

Fue un descubrimiento histórico y E. coli se convirtió en “el organismo favorito de todos”, dijo.

Esto hizo que E. coli desempeñara un papel central en muchos más descubrimientos e hitos en genética y biología molecular.

Se utilizó para ayudar a descifrar el código genético y se convirtió en el primer organismo modificado genéticamente en la década de 1970, cuando se le insertó ADN extraño, sentando las bases para la biotecnología moderna.

También resolvió el problema de la producción de insulina. La insulina de ganado vacuno y porcino se ha utilizado para tratar la diabetes, pero ha provocado reacciones alérgicas en algunos pacientes.

Pero en 1978 Primera insulina humana sintética Producido con E. coli, este fue un gran avance.

En 1997, se convirtió en uno de los primeros organismos en cuyo genoma se secuenció todo, lo que lo hizo más fácil de entender y manipular.

Adam Feist, profesor de la Universidad de California en San Diego que desarrolla microbios para uso industrial, dice que aprecia la E. coli por sus numerosas propiedades útiles.

Más allá del vasto conocimiento acumulado sobre su genética y las herramientas que facilitan su ingeniería, la bacteria crece de manera rápida y predecible en una amplia variedad de sustratos. No es “voluble” como algunos, se puede congelar y revivir sin dificultad y es notablemente bueno para albergar ADN extraño.

“Cuantos más microbios trabajo, más aprecio lo fuerte que es la E. coli”, afirma.

Cynthia Collins es directora senior de Ginkgo Bioworks, que ayuda a las empresas a desarrollar sus productos biotecnológicos y les ayuda a utilizar E. coli industrialmente.

Aunque el menú de organismos disponibles para la fabricación a gran escala es algo más amplio que hace unas décadas (cuando E. coli era a menudo la única opción), a menudo es una “buena opción” dependiendo del producto, dijo el Dr. Collins. (Incluso con la bioingeniería más intensiva, E. coli no puede producirlo todo).

“Es muy económico; se puede bombear mucho”, dijo, señalando que la tolerancia a menudo se diseña si la bacteria produce algo tóxico para las células.

Sin embargo, algunos se preguntan si el predominio de E. coli nos impide encontrar las mejores soluciones biotecnológicas a nuestros problemas.

Paul Jensen, microbiólogo e ingeniero de la Universidad de Michigan, estudia las bacterias que viven en nuestra boca. Analizó las últimas Qué pequeñas son la mayoría de las otras bacterias en comparación con E. coli.

Su punto es que a medida que avanzamos con una ingeniería más elaborada de E. coli para hacer cosas notables, puede haber otros microbios que hacen esas cosas de forma natural (y mejores) que pasan desapercibidos y no los aprovechamos porque no los buscamos ni los estudiamos.

La bioprospección en vertederos, por ejemplo, puede encontrar microbios que han comenzado a comerse no sólo plástico sino todo tipo de desechos, afirma. Y es posible que existan bacterias que hagan cosas como producir cemento o caucho, ni siquiera lo imaginamos. Las bacterias que viven en nuestra boca superan a la E. coli en tolerancia al ácido.

“Estamos tan profundamente involucrados con la E. coli que no estamos investigando lo suficiente”, dijo.

La gente está trabajando en algunas alternativas para aumentar las opciones, incluido Vibrio natrigenes (V. Nat), que está empezando a ganar atención como un competidor potencial de E. coli.

V. nudo se aisló por primera vez de una marisma en el estado estadounidense de Georgia en la década de 1960, pero no fue hasta mediados de la década de 2010 que se reconoció su tasa de crecimiento extremadamente rápida en colecciones de cultivos y congeladores (el doble que la de E. coli) de importante utilidad industrial.

También es muy eficaz a la hora de absorber ADN extraño, afirma Buz Barstow, ingeniero biológico y medioambiental de la Universidad de Cornell que estuvo entre los que desarrollaron el organismo y cuya capacidad, comparada con la E. coli, es como “pasar de un caballo a un coche”.

Lo que impulsa el enfoque de V. Knott del Dr. Barstow es que quiere utilizar microbios para resolver grandes desafíos de sostenibilidad, desde la producción de combustible para aviones a partir de dióxido de carbono y electricidad verde hasta la extracción de metales de tierras raras. “En pocas palabras, E. coli no nos da ninguna de estas visiones. V. natriegens sí podría”, dijo.

Este año su laboratorio formó una empresa llamada Forage Evolution, que está trabajando en herramientas para facilitar a los investigadores la ingeniería en el laboratorio.

V. nat ofrece propiedades atractivas, admite el profesor Feist, pero las herramientas genéticas necesarias para su uso generalizado aún no están disponibles y aún no se ha demostrado a escala. “La E. coli es algo muy difícil de reemplazar”, afirma.